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摘要 ： 通过马歇尔击实和旋转压实试验数据进行比较分析，相同级配的沥青混合料在不同沥青用量的条件下，旋转压实方法较马歇尔击实要稳定一些，旋转压实仪的压实过程更接近路面的实际压实受力，为沥青混合料较理想的压实工具。马歇尔双面75次的击实功要明显小于旋转压实，且随着粒径的增大，击实效果越差。结果表明沥青含量对马歇尔击实试件的影响要比对旋转压实仪的影响要大。
Abstract: By comparation of data between Marshall Compaction and rotation compaction, it is observed that the latter is more stabilized than the former under the same level with the asphalt mixture content in different conditions. The rotation method is more close to the actual road compaction strength as the ideal asphalt mixture compaction tool. The hit power of Marshall 75 times is smaller than the rotation ones, the bigger the particle size, the worse the compaction effect. Finally the results show that the impact of asphalt content on the Marshall Compaction specimens is larger than rotate compactor.
关键词：沥青混合料；马歇尔和旋转压实试验；沥青含量；压实影响
Key Words: asphalt mixture, Marshall and rotate compaction experiment asphalt content, compaction effect
中图分类号：U416.217文献标识码：A 文章编号：
0引言 由于当代高速公路上的交通量不断增大，车辆轮胎荷载进一步提高，马歇尔法的试件成型采用落锤冲击的方法没有模拟实际路面的压实，压实功作用不够。单纯增加击实次数并不能提高压实效果，而且有时还会使石料产生击碎现象。同时，当矿料的最大粒径较大时，与标准马歇尔试验仪的模筒Ф101.6mm不相适应。而美国SHRP所制定的Superpave设计方法中沥青混合料试件的制备采用旋转压实仪（SGC）。旋转压实仪的压实过程具有较好的模拟性和数据采集的便利性，使它成为沥青混合料制件中较理想的压实工具。但是由于国内广泛采用马歇尔击实仪，有旋转压实仪的单位不多，因此通过旋转压实仪与马歇尔击实仪的击实效果进行比较分析，以建立之间的联系。
1 旋转压实仪概述
美国SHRP研究人员研制出的旋转压实仪（SGC）采用了法式旋回压实仪LCPC的原理，降低了旋转角度和旋转速度，并且增加了快速测定试样高度记录部分。这种装置使得在室内压实的过程中，能够在实际路面气候条件和荷载条件下，真正实现把试验混合料试样压密至所要达到的密实度、该装置能适应各种大颗粒骨料；同时它还能测量压实度，以便鉴定混合料的性能及类似的压实问题。SGC规定了一些旋转压实时的参数。影响试验结果的四个主要参数是:旋转压实角,竖直压力和旋转速度和旋转次数。SGC采用1.25°旋转压实角, 600kPa的压力，30r／min的旋转速度。 旋转压实机旋转转数是按照交通量等级来定。其中：Ndes为设计旋转转数，是达到一定压实度所需的转数，等价于指示交通量下现场压实的期望密实度。 Nini为初始旋转转数，衡量混合料的可压实性，混合料压实的太快，就认为在施工中混合料太软，交通载荷下可能不稳定。Nmax为最大旋转转数，是到施工现场绝不可能超过的实验室密实度所需的旋转转数。
AASHTO 2000暂行规范对压实次数的要求如下：
Superpave设计旋转压实功能表 表1
设计ESALS
（百万次） 旋转压实次数
Nini Ndes Nmax
<0.3 6 50 75
0.3-3 7 75 115
3-30 8 100 160
>30 9 125 205
旋转压实仪的压实过程较接近路面的实际压实受力，压实的程度可达到最大理论密度的98％以上，同时由于旋转压实仪较好的模拟性和数据采集的便易性，使得它成为沥青混合料较理想的压实工具。
2 旋转压实和马歇尔击实试验的比较
2.1马歇尔击实次数对沥青混合料的影响
在Superpave设计体系中，以空隙率4％来确定旋转压实仪的标准旋转次数，以空隙率7％相应的旋转次数作为水损害试验时制作试件的标准。因而研究不同粒径沥青混合料马歇尔击实次数和空隙率之间的关系，以此建立和旋转压实之间的联系。
2.1.1.Sup-25混合料击实次数与击实效果的关系
我们采用Sup-25级配，确定最佳沥青用量为4.5％，此时SGC压实Ndes时的空隙率为4％。分别在2×45、2×50、2×65、2×75、2×85的击实次数下成型马歇尔试件，实测的最大理论相对密度为2.543g/cm3。
马歇尔试验结果表2
击实次数 毛体积相对密度(g/cm3) 空隙率(％) 吸水率(％) 稳定度(KN) 流值(mm)
45 2.325 8.6 1.52 5.18 3.10
50 2.326 8.5 1.05 5.64 3.03
65 2.356 7.4 0.89 7.12 3.27
75 2.377 6.5 0.53 7.37 2.98
85 2.372 6.7 0.50 7.88 3.07
图1 马歇尔击实次数与空隙率关系曲线
2.1.2.Sup-16混合料击实次数与击实效果的关系
我们采用Sup-16级配，最佳沥青用量为4.5%，此时SGC压实Ndes时的空隙率为4%。分别在2×45、2×50、2×65、2×75、2×85、2×95、2×105的擊实次数下成型马歇尔试件，实测的最大理论相对密度为2.550g/cm3。
马歇尔试验结果 表3
击实次数 毛体积相对密度(g/cm3) 空隙率(%) 吸水率(%) 稳定度(KN) 流值(mm)
45 2.392 6.2 1.04 4.73 3.43
50 2.398 6.0 1.00 6.12 3.61
65 2.405 5.7 0.93 6.83 3.55
75 2.415 5.3 0.92 8.23 3.61
85 2.414 5.3 0.71 8.40 3.35
95 2.458 3.6 0.65 8.77 3.24
105 2.468 3.2 0.63 8.79 4.53
图2马歇尔击实次数与空隙率关系曲线
2.1.3.结论
（1）马歇尔击实次数与混合料密度、空隙率有良好的相关性。
（2）马歇尔稳定度随击实次数的增加而增加。这是由于试件的密实度增强而导致的结果。
（3）马歇尔75次的击实功要明显小于旋转压实，当击实到4%隙率时，需要的马歇尔击实次数都超过了85次。且随着粒径的增大，击实效果越差。这是由于粒径的增大导致石料的错动减少，不利与产生集料的重新排列。
3马歇尔击实试验和旋转压实的比较分析
通过对以上相同级配相同沥青含量的混合料分别进行马歇尔击实和旋转压实，试验结果见表4和表5。其中空隙率指标均采用饱和面干法测定的毛体积相对密度与实测相对理论密度的比值计算。
某Sup-16级配各沥青用量的马歇尔数据表4
沥青用量（%） 4.2 4.4 4.7 5.2 5.7
毛体积密度（g/cm3） 2.379 2.426 2.456 2.465 2.512
空隙率(%) 7.0 5.2 5.0 3.1 0.1
矿料间隙率(%) 16.16 15.12 14.31 13.76 13.21
饱和度(%) 61.57 64.87 73.94 81.03 98.36
某Sup-16级配各沥青用量的SGC数据 表5
Pb（%） 毛体积密度（g/cm3） 空隙率（%） 矿料间隙率(%) 饱和度(%)
4.2 2.433 5.0 14.1 64.6
4.4 2.438 4.7 14.1 66.7
4.7 2.452 3.4 13.9 75.5
5.2 2.482 1.6 13.3 88
5.7 2.490 0.5 13.5 96.3
某Sup-16级配各沥青用量与毛体积密度比较表 表6
沥青用量(%) 4.2 4.4 4.7 5.2 5.7 平均值
SGC(g/cm3） 2.433 2.438 2.452 2.482 2.490
马氏(g/cm3) 2.379 2.426 2.456 2.465 2.512
两者差值 0.054 0.012 -0.004 0.017 -0.022 0.011
差值(%） 2.219 0.492 -0.163 0.685 -0.884 0.470
4 结语
在不同沥青用量的条件下，旋转压实方法较马歇尔击实要稳定一些，也就是说，沥青含量的变化对旋转压实的影响较小些，而对马歇尔击实的影响则较明显。这是由于旋转压实和马歇尔击实的作用是不同的，旋转压实对混合料产生揉搓碾压作用，在试验的过程中，有利于集料之间的错动，从而使集料有重新排列的过程。旋转压实的机械作用和沥青都是集料不断密实的原因。而马歇尔击实的过程中，当沥青含量不足时石料的错动会很少，不利与產生集料的重新排列，只有当沥青含量增加时集料的相对移动才可能发生。所以沥青含量对马歇尔击实试件的影响要比对旋转压实仪的影响要大。
作者简介：吴书君 工程师 山东省菏泽市公路局 联系方式；张洪涛 高工山东省菏泽市公路局。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。2390
Abstract: By comparation of data between Marshall Compaction and rotation compaction, it is observed that the latter is more stabilized than the former under the same level with the asphalt mixture content in different conditions. The rotation method is more close to the actual road compaction strength as the ideal asphalt mixture compaction tool. The hit power of Marshall 75 times is smaller than the rotation ones, the bigger the particle size, the worse the compaction effect. Finally the results show that the impact of asphalt content on the Marshall Compaction specimens is larger than rotate compactor.
关键词：沥青混合料；马歇尔和旋转压实试验；沥青含量；压实影响
Key Words: asphalt mixture, Marshall and rotate compaction experiment asphalt content, compaction effect
中图分类号：U416.217文献标识码：A 文章编号：
0引言 由于当代高速公路上的交通量不断增大，车辆轮胎荷载进一步提高，马歇尔法的试件成型采用落锤冲击的方法没有模拟实际路面的压实，压实功作用不够。单纯增加击实次数并不能提高压实效果，而且有时还会使石料产生击碎现象。同时，当矿料的最大粒径较大时，与标准马歇尔试验仪的模筒Ф101.6mm不相适应。而美国SHRP所制定的Superpave设计方法中沥青混合料试件的制备采用旋转压实仪（SGC）。旋转压实仪的压实过程具有较好的模拟性和数据采集的便利性，使它成为沥青混合料制件中较理想的压实工具。但是由于国内广泛采用马歇尔击实仪，有旋转压实仪的单位不多，因此通过旋转压实仪与马歇尔击实仪的击实效果进行比较分析，以建立之间的联系。
1 旋转压实仪概述
美国SHRP研究人员研制出的旋转压实仪（SGC）采用了法式旋回压实仪LCPC的原理，降低了旋转角度和旋转速度，并且增加了快速测定试样高度记录部分。这种装置使得在室内压实的过程中，能够在实际路面气候条件和荷载条件下，真正实现把试验混合料试样压密至所要达到的密实度、该装置能适应各种大颗粒骨料；同时它还能测量压实度，以便鉴定混合料的性能及类似的压实问题。SGC规定了一些旋转压实时的参数。影响试验结果的四个主要参数是:旋转压实角,竖直压力和旋转速度和旋转次数。SGC采用1.25°旋转压实角, 600kPa的压力，30r／min的旋转速度。 旋转压实机旋转转数是按照交通量等级来定。其中：Ndes为设计旋转转数，是达到一定压实度所需的转数，等价于指示交通量下现场压实的期望密实度。 Nini为初始旋转转数，衡量混合料的可压实性，混合料压实的太快，就认为在施工中混合料太软，交通载荷下可能不稳定。Nmax为最大旋转转数，是到施工现场绝不可能超过的实验室密实度所需的旋转转数。
AASHTO 2000暂行规范对压实次数的要求如下：
Superpave设计旋转压实功能表 表1
设计ESALS
（百万次） 旋转压实次数
Nini Ndes Nmax
<0.3 6 50 75
0.3-3 7 75 115
3-30 8 100 160
>30 9 125 205
旋转压实仪的压实过程较接近路面的实际压实受力，压实的程度可达到最大理论密度的98％以上，同时由于旋转压实仪较好的模拟性和数据采集的便易性，使得它成为沥青混合料较理想的压实工具。
2 旋转压实和马歇尔击实试验的比较
2.1马歇尔击实次数对沥青混合料的影响
在Superpave设计体系中，以空隙率4％来确定旋转压实仪的标准旋转次数，以空隙率7％相应的旋转次数作为水损害试验时制作试件的标准。因而研究不同粒径沥青混合料马歇尔击实次数和空隙率之间的关系，以此建立和旋转压实之间的联系。
2.1.1.Sup-25混合料击实次数与击实效果的关系
我们采用Sup-25级配，确定最佳沥青用量为4.5％，此时SGC压实Ndes时的空隙率为4％。分别在2×45、2×50、2×65、2×75、2×85的击实次数下成型马歇尔试件，实测的最大理论相对密度为2.543g/cm3。
马歇尔试验结果表2
击实次数 毛体积相对密度(g/cm3) 空隙率(％) 吸水率(％) 稳定度(KN) 流值(mm)
45 2.325 8.6 1.52 5.18 3.10
50 2.326 8.5 1.05 5.64 3.03
65 2.356 7.4 0.89 7.12 3.27
75 2.377 6.5 0.53 7.37 2.98
85 2.372 6.7 0.50 7.88 3.07
图1 马歇尔击实次数与空隙率关系曲线
2.1.2.Sup-16混合料击实次数与击实效果的关系
我们采用Sup-16级配，最佳沥青用量为4.5%，此时SGC压实Ndes时的空隙率为4%。分别在2×45、2×50、2×65、2×75、2×85、2×95、2×105的擊实次数下成型马歇尔试件，实测的最大理论相对密度为2.550g/cm3。
马歇尔试验结果 表3
击实次数 毛体积相对密度(g/cm3) 空隙率(%) 吸水率(%) 稳定度(KN) 流值(mm)
45 2.392 6.2 1.04 4.73 3.43
50 2.398 6.0 1.00 6.12 3.61
65 2.405 5.7 0.93 6.83 3.55
75 2.415 5.3 0.92 8.23 3.61
85 2.414 5.3 0.71 8.40 3.35
95 2.458 3.6 0.65 8.77 3.24
105 2.468 3.2 0.63 8.79 4.53
图2马歇尔击实次数与空隙率关系曲线
2.1.3.结论
（1）马歇尔击实次数与混合料密度、空隙率有良好的相关性。
（2）马歇尔稳定度随击实次数的增加而增加。这是由于试件的密实度增强而导致的结果。
（3）马歇尔75次的击实功要明显小于旋转压实，当击实到4%隙率时，需要的马歇尔击实次数都超过了85次。且随着粒径的增大，击实效果越差。这是由于粒径的增大导致石料的错动减少，不利与产生集料的重新排列。
3马歇尔击实试验和旋转压实的比较分析
通过对以上相同级配相同沥青含量的混合料分别进行马歇尔击实和旋转压实，试验结果见表4和表5。其中空隙率指标均采用饱和面干法测定的毛体积相对密度与实测相对理论密度的比值计算。
某Sup-16级配各沥青用量的马歇尔数据表4
沥青用量（%） 4.2 4.4 4.7 5.2 5.7
毛体积密度（g/cm3） 2.379 2.426 2.456 2.465 2.512
空隙率(%) 7.0 5.2 5.0 3.1 0.1
矿料间隙率(%) 16.16 15.12 14.31 13.76 13.21
饱和度(%) 61.57 64.87 73.94 81.03 98.36
某Sup-16级配各沥青用量的SGC数据 表5
Pb（%） 毛体积密度（g/cm3） 空隙率（%） 矿料间隙率(%) 饱和度(%)
4.2 2.433 5.0 14.1 64.6
4.4 2.438 4.7 14.1 66.7
4.7 2.452 3.4 13.9 75.5
5.2 2.482 1.6 13.3 88
5.7 2.490 0.5 13.5 96.3
某Sup-16级配各沥青用量与毛体积密度比较表 表6
沥青用量(%) 4.2 4.4 4.7 5.2 5.7 平均值
SGC(g/cm3） 2.433 2.438 2.452 2.482 2.490
马氏(g/cm3) 2.379 2.426 2.456 2.465 2.512
两者差值 0.054 0.012 -0.004 0.017 -0.022 0.011
差值(%） 2.219 0.492 -0.163 0.685 -0.884 0.470
4 结语
在不同沥青用量的条件下，旋转压实方法较马歇尔击实要稳定一些，也就是说，沥青含量的变化对旋转压实的影响较小些，而对马歇尔击实的影响则较明显。这是由于旋转压实和马歇尔击实的作用是不同的，旋转压实对混合料产生揉搓碾压作用，在试验的过程中，有利于集料之间的错动，从而使集料有重新排列的过程。旋转压实的机械作用和沥青都是集料不断密实的原因。而马歇尔击实的过程中，当沥青含量不足时石料的错动会很少，不利与產生集料的重新排列，只有当沥青含量增加时集料的相对移动才可能发生。所以沥青含量对马歇尔击实试件的影响要比对旋转压实仪的影响要大。
作者简介：吴书君 工程师 山东省菏泽市公路局 联系方式；张洪涛 高工山东省菏泽市公路局。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。2390